TW201640165A - 透鏡狀光纖在二氧化矽ｖ型槽中的軸向對準 - Google Patents

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Abstract

v型槽組件用以將透鏡狀光纖(舉例而言，由二氧化矽所製成的光纖)與光子晶片中的波導邊緣耦接。v型槽組件是由熔融二氧化矽所製成。使用熔融二氧化矽，使得在將透鏡狀光纖接合至v型槽組件及/或將v型槽組件接合至光子晶片中所使用的黏合劑(舉例而言，環氧樹脂)可藉由光被固化，至少部分地被固化。

Description

透鏡狀光纖在二氧化矽V型槽中的軸向對準
此申請案主張於2015年3月21日申請之美國臨時申請案序號第62/136,504號及於2015年3月21日申請之美國臨時申請案序號第62/136,503號之優先權，為了所有目的將該等案之揭示內容以引用方式併入本文。
本申請案有關於耦接光波導。更具體而言，且並非限制，有關於將光纖與半導體波導耦接，半導體波導例如由矽所製成的波導。
矽積體電路已經主導了電子電路之發展，且近年來已經發展了許多基於矽處理的技術。矽積體電路的持續精細化導致奈米級的特徵尺寸，奈米級的特徵尺寸對於製作金屬氧化物半導體CMOS(互補金屬氧化物半導體)電路可為重要的。矽可用作為光學介質，特別是針對具有約1.55微米(μm)的波長的光。具有約1.55μm的波長的光經常用於光纖通訊系統。某些矽裝置具有電子部件和光學部件兩者。
v型槽組件用以將透鏡狀光纖(舉例而言，由二氧化矽(silica)所製成的光纖)與光子晶片中的波導邊緣耦接。舉例而言，透鏡狀光纖對接耦接至光子晶片。v型槽組件是由熔融二氧化矽所製成(舉例而言，藉由鑽石切割及/或蝕刻)。使用熔融二氧化矽，使得在將透鏡狀光纖接合至v型槽組件，及/或將v型槽組件接合至光子晶片中所使用的樹脂，可藉由光(舉例而言，紫外(UV)光用以將樹脂固化)被固化，至少部分地被固化。在某些實施例中，光子晶片包括矽，且波導包括結晶矽芯(crystalline-silicon core)(舉例而言，由絕緣層覆矽(silicon-on-insulator)晶圓之裝置層所形成的結晶矽芯)。在某些實施例中，使用包括其他材料的光子晶片(舉例而言，II-VI族及/或III-V族化合物；包含GaAs及/或InP及相關的化合物)。在某些實施例中，光子晶片包括兩個半導體材料。光子晶片包括邊緣刻面，於該處波導終止且與透鏡狀光纖耦接。
在某些實施例中，描述用於將光纖與v型槽組件對準的方法。將v型槽組件之刻面放置於鏡子旁。將光纖之第一端放置於v型槽組件之v型槽中，其中該v型槽組件包括基底及蓋。將蓋放置於光纖上方，使得該光纖介於基底與蓋之間。將黏合劑施加至v型槽組件及/或光纖，用以將該光纖接合至該v型槽組件。將光纖之第二端連接至光分歧器(splitter)，其中該光分歧器與光源及檢測器光學耦接。將來自光源的第一波長的光傳送通 過光分歧器，至光纖，且通過該光纖之第一端之尖端傳送出該光纖。藉由鏡子，將第一波長的光從光纖之尖端反射回、通過該尖端返回該光纖中。將第一波長的光從尖端經由光分歧器傳送至檢測器。接收從檢測器的反饋。基於從檢測器的反饋，調整光纖之尖端與鏡子之間的距離。在調整光纖之尖端與鏡子之間的距離之後，藉由使第二波長的光通過蓋，將黏合劑至少部分地固化。
在某些實施例中，蓋是由熔融二氧化矽所製成；基底是由熔融二氧化矽所製成；第一波長的光為紅外光且第二波長的光為紫外光；調整光纖之尖端與鏡子之間的距離的步驟包含於軸向方向中移動該光纖，以使於檢測器處所接收到的功率最佳化；晶片包括結晶矽及/或III-V族材料；及/或黏合劑為環氧樹脂，該環氧樹脂經配置以藉由紫外光至少部分地被固化。在某些實施例中，方法進一步包含在將黏合劑至少部分地固化之後，將v型槽組件接合至晶片。
描述用於將光纖與v型槽組件對準的系統。該系統包括該光纖。該光纖具有第一端及第二端；及第一端包括尖端。該系統包括該v型槽組件。該v型槽組件包括基底；蓋，其中光纖之第一端介於基底與蓋之間；及刻面，用於接合至晶片，其中將光纖之第一端放置於基底與蓋之間，使得刻面延伸超越光纖之尖端。該系統包括光源；檢測器；及光分歧器。光分歧器與光纖之第二端、光源及檢測器耦接。該系統包括鏡子，用以將來 自光源行進離開光纖之尖端的光反射回光纖之尖端且至檢測器。
在某些實施例中，在用於將光纖與v型槽組件對準的系統中，光源發射紅外光，該系統進一步包括燈，該燈發射紫外光，及/或該系統進一步包括黏合劑，該黏合劑藉由紫外光至少部分地被固化，用以將光纖接合至基底及蓋；v型槽組件進一步包括v型槽，光纖位於該v型槽中，且該v型槽不延伸至刻面；該系統進一步包括介於光源與光分歧器之間的光學循環器或光學隔離器；檢測器為功率計；蓋是由熔融二氧化矽所製成；及/或基底是由熔融二氧化矽所製成。
描述用於將光纖連接至半導體波導的光學組件。光學組件包括v型槽組件及黏合劑。v型槽組件包括基底；蓋；v型槽；及刻面，其中該刻面是用於將該v型槽組件接合至晶片。位於v型槽中的光纖設置於基底與蓋之間。黏合劑將光纖接合至基底及蓋，其中該黏合劑藉由光至少部分地被固化。在某些實施例中，基底及/或蓋包括熔融二氧化矽。在某些實施例中，蓋由熔融二氧化矽所組成。
本揭示案之進一步的應用領域將由以下提供的實施方式變得顯而易見。應理解，實施方式及具體實例雖然指出各種實施例，但僅旨在說明之目的，且並非意圖不必要地限制本揭示案之範疇。
100‧‧‧光轉接器
104‧‧‧光纖
108‧‧‧v型槽組件
112‧‧‧插座
114‧‧‧光纖之第一端
115‧‧‧光纖之第二端
116‧‧‧尖端
120‧‧‧蓋
202‧‧‧基底
204‧‧‧v型槽
208‧‧‧刻面
208-1‧‧‧第一刻面
208-2‧‧‧第二刻面
212‧‧‧第一長度
308‧‧‧晶片
308-1‧‧‧第一晶片
308-2‧‧‧第二晶片
312‧‧‧波導
316‧‧‧黏合劑
320‧‧‧邊緣刻面
400‧‧‧對準站
404‧‧‧夾持器
408‧‧‧PCBA安裝座
412‧‧‧PCBA
416‧‧‧機械控制機構
420‧‧‧電連接
500‧‧‧流程
504‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
512‧‧‧步驟
516‧‧‧步驟
600‧‧‧對準系統
604‧‧‧光源
606‧‧‧光學隔離器
608‧‧‧光分歧器
612‧‧‧鏡子
616‧‧‧檢測器
620‧‧‧燈
624‧‧‧工作距離
704‧‧‧黏合劑
900‧‧‧v型槽組件
902‧‧‧基底
904‧‧‧v型槽
908‧‧‧接合刻面
912‧‧‧底面
916‧‧‧壁
920‧‧‧蓋
1000‧‧‧流程
1004‧‧‧步驟
1008‧‧‧步驟
1012‧‧‧步驟
1016‧‧‧步驟
1020‧‧‧步驟
1024‧‧‧步驟
1028‧‧‧步驟
1100‧‧‧流程
1104‧‧‧步驟
1108‧‧‧步驟
1112‧‧‧步驟
1116‧‧‧步驟
第1圖描繪使用v型槽組件的光轉接器(optical adapter)之實施例之透視圖。
第2圖描繪v型槽組件之一部分之實施例之透視圖。
第3圖描繪與晶片對準的v型槽組件之實施例之俯視圖。
第4圖描繪對準站之實施例。
第5圖描繪用於將v型槽組件中的光纖與晶片中的波導對準的流程之實施例之流程圖。
第6圖描繪對準系統之實施例之簡化示意俯視圖。
第7圖描繪在工作距離對準期間v型槽組件之實施例之簡化前視圖。
第8圖描繪v型槽組件之另一個實施例之簡化前視圖。
第9圖描繪v型槽組件之進一步實施例之簡化視圖。
第10圖描繪用於在v型槽組件中對準光纖的流程之實施例之流程圖。
第11圖描繪用於將光纖與光子晶片連接的流程之實施例之流程圖，該光纖接合至v型槽組件。
在附圖中，類似部件及/或特徵可具有相同的參考符號。此外，相同類型的各種部件可藉由在參考符號後跟隨破折號及在類似部件當中區分的第二符號來區 分。若在說明書中僅使用第一參考符號，則無論第二參考符號，描述適用於具有相同的第一參考符號的類似部件中的任一者。
接下來的描述提供較佳的一或更多個示例性實施例，且並非意圖限制本揭示案之範疇、應用性或配置。反之，較佳的一或更多個示例性實施例之接下來的描述將提供本領域熟知技藝者用於實現較佳的示例性實施例的可行的描述。應理解，在不脫離如所附申請專利範圍中記載的精神及範疇的情況下，可進行元件之功能及配置的各種改變。
在某些實施例中，使用v型槽組件將光纖光學耦接至晶片中的波導(在某些實施例中晶片亦被稱作光子晶片或光學晶片)。舉例而言，波導為在絕緣層覆矽基板之裝置層中蝕刻的結晶矽。v型槽組件由二氧化矽所製成。舉例而言，v型槽組件是藉由將熔融二氧化矽切割、加工、研磨、蝕刻及/或拋光所製成。因為二氧化矽(SiO2)以某些形式對於紫外(UV)光為光學穿透的，所以使用二氧化矽。藉由由UV光所固化的樹脂，光纖接合至v型槽組件，及/或藉由由UV光所固化的樹脂，v型槽組件接合至晶片。自二氧化矽形成v型槽組件允許UV光穿過v型槽組件之部件用以將樹脂固化。
參照第1圖，圖示光轉接器100之實施例之透視圖。光轉接器100將晶片上的波導光學耦接至光纖網 路。光轉接器100包括光纖104、v型槽組件108及插座112。光纖104之第一端114附接至v型槽組件108，且光纖104之第二端115附接至插座112。
在某些實施例中，光纖104是由二氧化矽所製成(舉例而言，Corning SMF-28 Ultra或類似的光纖)。光纖104包括位於光纖104之第一端114處的尖端116。在某些實施例中，尖端116為透鏡狀的(舉例而言，錐形的(tapered)尖端)，用以將離開光纖104之尖端116的光聚焦。在某些實施例中，光纖104具有超高數值孔徑(NA)。舉例而言，超高NA光纖具有NA0.25。在某些實施例中，0.5NA0.25。
光纖104之第一端114固定至v型槽組件108。v型槽組件108之蓋120覆蓋光纖104，以將光纖104固定在v型槽組件108中。由UV光所固化的黏合劑(舉例而言，環氧樹脂及/或UV/熱固化、低收縮環氧樹脂)用以將光纖104固定至v型槽組件108。
在某些實施例中，光纖104之第二端115連接至插座112。在某些實施例中，光纖之第二端115熔接到光纖網路。在某些實施例中，插座112成形為LC連接器(舉例而言，符合IEC(國際電工委員會)標準61754-20)。比起拼接光纖，插座112允許更簡單及/或更方便的光學連接至光學網路(舉例而言，用以連接至內部網路或網際網路)。
第2圖描繪v型槽組件108之一部分之實施例之透視圖。v型槽組件108包括蓋120及基底202。基底202包括v型槽204及一或更多個刻面208。在第2圖中，基底202包括第一刻面208-1及第二刻面208-2。第一刻面208-1在v型槽204之一側且第二刻面208-2在v型槽204之另一側。刻面208用以將v型槽組件108接合至晶片。
光纖104之第一端114放置於v型槽204中，且蓋120放置於光纖104上方。刻面208在軸向方向中延伸超過v型槽204，用以接合至晶片。軸向方向為沿著光纖104之軸的方向(舉例而言，光束傳播之方向)。橫向方向與軸向方向呈正交；且橫向方向可進一步被劃分為垂直方向及水平方向。光纖104之尖端116軸向地延伸經過v型槽204。在某些實施例中，刻面208延伸經過v型槽204使得用以將v型槽組件108接合至晶片的黏合劑不太可能覆蓋光纖104之尖端116。在某些實施例中，v型槽204包括兩個接合刻面208，以當將v型槽組件108固定至光子晶片時提供結構性支撐。接合刻面208延伸經過v型槽204達第一長度212。在某些實施例中，第一長度212介於100μm與300μm之間及/或介於225μm與275μm之間(舉例而言，150μm、200μm、250μm或300μm)。
第3圖描繪與晶片308對準的v型槽組件108之實施例之俯視圖。晶片308包括波導312(舉例而言， 由結晶矽製成的半導體波導)。黏合劑316用以將v型槽組件108接合至晶片308。將黏合劑316施加至v型槽組件108之接合刻面208及晶片308之邊緣刻面320。
在某些實施例中，晶片308包括接收器(舉例而言，光二極體)及/或與接收器光學耦接。在某些實施例中，波導312與接收器光學耦接。在某些實施例中，晶片308包括如於2014年10月8日申請的美國申請案第14/509,914號中所述的一或更多個其他晶片(舉例而言，用於增益介質的III-V族晶片)，將該案以引用之方式併入本文。藉由將黏合劑316施加至接合刻面208(或至晶片308之邊緣刻面320，或至接合刻面208與邊緣刻面320兩者)來對準v型槽組件108，且v型槽組件108與晶片308粗略地對準(舉例而言，使v型槽組件108靠近晶片308之邊緣刻面320)。將光傳送通過光纖104且進入波導312中。調整夾持v型槽組件108的夾持器(gripper)，以關聯於波導312定位光纖104之尖端116，用以使自光纖104進入波導312中的光學傳送最佳化(舉例而言，接收器記錄最大功率；最大功率之百分比，例如，>90%、95%；或預定的閥值功率)。在某些實施例中，v型槽組件108主動地對準(舉例而言，使用電腦化系統)。在某些實施例中，在第一次固化之前黏合劑316之厚度等於或小於10μm、8μm或7μm。在某些實施例中，將接合刻面208拋光，且在第一次固化之前環氧樹脂之厚度等於或小於5μm(舉例而言，接合 刻面與邊緣刻面的間隔等於或小於5μm)。在某些實施例中，使接合刻面208有小凹痕(pitted)及/或粗糙化，讓黏合劑316更佳地黏合至接合刻面208。在某些實施例中，在第一次固化之前黏合劑316之厚度為7~10μm，因為接合的結果顯示7~10μm形成穩定的接合，此對於某些應用為足夠的。在某些實施例中，波導312的高度(垂直)及/或寬度(水平)等於或小於12μm、10μm、8μm、5μm、2μm、1.7μm、1.6μm或1.5μm。在某些實施例中，波導的高度(垂直)及/或寬度(水平)大於1.0μm或1.5μm，用以與光纖104改善的耦接(舉例而言，與錐形的波導)。在某些實施例中，藉由夾持v型槽組件108的夾持器僅調整一個維度(舉例而言，橫向維度)。舉例而言，垂直高度(亦即，進出第3圖之紙面)是藉由v型槽組件108之v型槽204之高度所決定；光纖104之尖端116與晶片308之邊緣刻面320之間的軸向距離(沿著光纖104之光束傳播之方向)是藉由光纖104之尖端116與接合刻面208之間的距離所決定。在某些實施例中，接合刻面208經放置以碰觸晶片308之邊緣刻面320，且然後在接合刻面208與邊緣刻面320之間施加黏合劑316之前，將v型槽組件移動遠離晶片308之邊緣刻面320達預定的距離(舉例而言，7~10μm)。
在光纖104之尖端116與晶片308之波導312對準(舉例而言，藉由夾持v型槽組件108的夾持器) 之後，實行黏合劑316之第一次固化(舉例而言，藉由光照射黏合劑316)。在某些實施例中，黏合劑316為使用紫外(UV)光(舉例而言，具有介於100nm與400nm之間或介於250nm與400nm之間的波長的光)所固化的環氧樹脂。在某些實施例中，v型槽組件108是由熔融二氧化矽所製成，熔融二氧化矽對於UV光為可穿透的，使得UV光可照射通過v型槽組件108以將v型槽組件108之接合刻面208與晶片308之邊緣刻面320之間的黏合劑316固化。在某些實施例中，v型槽組件108是由對於從250nm至400nm或從300nm至400nm的波長具有大於60%或70%的穿透率的二氧化矽所製成(舉例而言，UV等級二氧化矽及/或寬帶二氧化矽)。應注意到，結晶矽對於小於900nm的波長具有低穿透率(舉例而言，<20%)。在某些實施例中，在第一次固化之後加入額外的環氧樹脂(舉例而言，至v型槽組件108之數個側邊及/或數個其他表面)，且實行第二次固化，其中使用UV光固化該額外的環氧樹脂。在某些實施例中，使用兩步驟的環氧樹脂固化，因為第一次固化是用以設定v型槽之對準，其中在UV固化期間使用較少的環氧樹脂具有較低的收縮。而使用額外的環氧樹脂的第二次固化是用以加入更多環氧樹脂，以在v型槽組件108與晶片308之間形成更穩健的接合。在第二次固化之後(或在某些實施例中，若不使用第二次固化，則是在第一次固化之後)，實行熱固化。熱固化進一步讓環氧樹脂變硬。
在某些實施例中，在第3圖中所示的光纖104與波導312之間的耦接配置為緊密的，此舉減少在印刷電路板組件(PCBA)上的空間。此外，降低在黏合劑316固化期間的耦接損失且改善可靠性。
第4圖描繪對準站400之實施例。對準站400包括夾持器404及PCBA安裝座408。PCBA安裝座408固定PCBA 412。PCBA 412包括第一晶片308-1及第二晶片308-2。夾持器404用以將v型槽組件108與第一晶片308-1或第二晶片308-2對準。在某些實施例中，機械控制機構416用以移動夾持器404。在某些實施例中，電連接420用以使v型槽組件108與晶片308的對準自動化。該系統驗證穩健、高耦接效率的對準。在某些實施例中，使用下安裝座(sub mount)取代PCBA 412。
第5圖描繪用於將v型槽組件108中的光纖104與晶片308對準的流程500之實施例之流程圖。用於將光纖104與晶片308對準的流程500開始於步驟504，將PCBA 412(或下安裝座)裝載於PCBA安裝座408上。在某些實施例中，在將一或更多個晶片308及/或導線接合加至PCBA 412之後，PCBA 412裝載於PCBA安裝座408上。夾持器404夾起v型槽組件108(舉例而言，藉由v型槽組件108之蓋120)且主動地將v型槽組件108與晶片308對準，步驟508。在某些實施例中，對準涉及提供主動橫向及/或主動軸向(縱向) 對準。為了可靠性，及/或使黏合劑316固化期間的移動最小化，在某些實施例中，減小用於在v型槽組件108與晶片308之間對接接合的黏合劑316之厚度(舉例而言，<10μm)。在某些實施例中，建立初始對準位置。在初始對準之後，使用夾持器404將v型槽組件108移動遠離晶片308。在步驟512中，將黏合劑316施加至v型槽組件108(舉例而言，接合刻面208)。在某些實施例中，將第一定量的環氧樹脂(舉例而言，黏合劑316之一部分)施加至v型槽組件108之該或該等接合刻面208。藉由夾持器404，v型槽組件108移動返回初始對準位置(舉例而言，在施加第一定量的環氧樹脂之後，藉由夾持器404及電連接420自動地移動)。在某些實施例中，實行最終對準。在某些實施例中，實行黏合劑316之第一次固化，其中第一次固化將接合刻面208與晶片308之邊緣刻面320之間的第一定量的環氧樹脂至少部分地固化(舉例而言，UV固化，藉由照射UV光通過v型槽組件108，例如通過接合刻面208)。在某些實施例中，將第二定量的環氧樹脂(舉例而言，黏合劑316之一部分)施加至v型槽組件108及/或晶片308。在某些實施例中，實行黏合劑316之第二次固化，以進一步將v型槽組件108固定至晶片308及/或PCBA 412(舉例而言，黏合劑是兩步驟黏合劑，在UV固化之後將黏合劑熱固化)。在某些實施例中，在UV固化之後將黏合劑316熱固化。 在某些實施例中，在黏合劑316之UV固化及/或熱固化之後，實行PCBA 412之額外組裝。
在某些實施例中，使用接合至晶片308的v型槽組件108以高穩定度夾持光纖104用於光耦合；熔融二氧化矽光學性質促進在v型槽組件108與晶片308之間的黏合劑316(舉例而言，環氧樹脂)之UV固化。在UV固化期間及/或熱固化期間光纖104之尖端116有小偏移(舉例而言，在三個方向中之各方向中小於0.5μm、0.4μm、0.3μm、0.2μm或0.1μm)；及/或將v型槽組件108直接接合至晶片308之邊緣刻面320使得當溫度變化時有穩定的接合。在某些實施例中，可將類似的設計應用至離散光學耦合。舉例而言，形成光學組件，該光學組件夾持離散光學元件(舉例而言，透鏡)。光學組件具有與v型槽組件108之接合刻面208類似的用以接合至光子晶片的刻面。然後光學組件接合至光子晶片(舉例而言，與v型槽組件108接合至晶片308類似地)。因為離散光學元件通常具有較大工作距離，具有離散光學元件的幾何可能將不會如對於透鏡狀光纖那般緊密。然而，光學安裝直接附接至晶片308之邊緣刻面320仍將提供更緊密的幾何及離散光學元件至晶片308的直接附接，從而使固化期間的移動最小化且免於熱效應，及/或改善可靠性。
在申請人的先前方式中(且不被申請人承認為先前技術)，使用了離散透鏡加上光纖準直器。藉由豬 尾式接頭準直器(pigtailed collimator)將光纖輸出準直。離散透鏡將光耦合進波導(舉例而言，在晶片308上的波導312)中。本揭示案之某些實施例不同之處在於透鏡狀光纖直接耦接至波導(舉例而言，沒有準直器及/或離散透鏡)；v型槽組件108用以夾持光纖104；v型槽組件108直接附接至晶片308(舉例而言，藉由環氧樹脂)；達成對準期間較高的最佳耦接效率；達成環氧樹脂固化期間較小的移動；達成改善的最終耦接效率；達成較高的可靠性；由於緊密幾何及/或受限的環氧樹脂厚度，達成減低的由於熱膨脹的耦接效率之溫度依存性；及/或達成減低的板子佔地面積(real estate)。
接著參照第6圖，圖示對準系統600之實施例之簡化示意俯視圖。對準系統600用以將光纖104與v型槽組件108對準及接合。對準系統600包括光纖104、v型槽組件108之基底202、光源604、光學隔離器606、光分歧器608、鏡子612、檢測器616及燈620。
光源604為發射第一波長的光(舉例而言，以第一波長為中心的光)的雷射、LED或RCLED(共振腔LED)。在某些實施例中，第一波長介於1000nm與1800nm之間或介於1300nm與1600nm之間(舉例而言，具有於1550nm處的峰值強度)。光學隔離器606讓自光源604行進的光通過，且將光衰減及/或隔離而不傳送至光源604。光源604與光分歧器608光學耦接，且光學隔離器606介於光源604與光分歧器608之間。 光分歧器608與光纖104之第二端115光學耦接。舉例而言，光分歧器608與光轉接器100之插座112光學耦接。
第6圖中所示的v型槽組件108之基底202與第3圖中所示的v型槽組件108之基底202類似。v型槽組件108之蓋120未圖示於第6圖中。將v型槽組件108之基底202之接合刻面208放置於鏡子612旁邊。在某些實施例中，接合刻面208碰觸鏡子。在某些實施例中，將接合刻面208放置於緊鄰鏡子612處但不接觸鏡子(舉例而言，與鏡子距離小於1μm、2μm、5μm、7μm或10μm)。
將光纖104放置於v型槽組件108之基底202之v型槽204中。光纖104之尖端116導向鏡子612。將黏合劑施加至光纖104及/或v型槽組件108之基底202(舉例而言，施加至v型槽204，施加至基底202與蓋120之間的介面，及/或將蓋120放置於基底202上方，至少部分地覆蓋光纖103，且將黏合劑施加在光纖104與蓋120之間，使得毛細作用將黏合劑帶入蓋120、光纖104及/或基底202之間的介面)。在某些實施例中，將黏合劑施加至v型槽組件108之蓋120。在某些實施例中，施加至光纖104及/或v型槽組件108之基底202的黏合劑與第3圖中施加在接合刻面208與邊緣刻面320之間的黏合劑316類似。接合刻面208幫助將自光纖104的光束傳播之方向定向成與鏡子612之表面呈 正交，因為接合刻面208與v型槽組件204之長度呈正交。將蓋120放置於v型槽204上方，至少部分地覆蓋光纖104。施加至光纖及/或v型槽組件108之基底202的黏合劑未被固化，直到光纖104於v型槽組件108中對準。接合刻面208未接合至鏡子612。
光分歧器608與檢測器616光學耦接。在某些實施例中，檢測器616為功率計。自光源604傳送的第一波長的光通過光分歧器608且進入光纖104。然後第一波長的光傳送出光纖104之尖端116至鏡子612，且反射回光纖104之尖端116。然後第一波長的光從尖端116行進至光分歧器608且至檢測器616。
光纖104之尖端116與鏡子612分隔開一距離，該距離稱作工作距離624。將光纖104在v型槽204內縱向地移動(在軸向中)，以調整工作距離624。光纖104之尖端116為透鏡狀的。當工作距離624接近尖端116之透鏡之焦距時，於檢測器616處的光功率增加，因為更多的光功率被反射回光纖104。使工作距離624最佳化(舉例而言，使具有高於預定閥值的功率，或最大值之百分比)。在某些實施例中，在工作距離624經最佳化之後，然後使光纖104前進，使得尖端116前進朝向鏡子612(亦即，減小工作距離624)達預定距離，該預定距離對應至在接合刻面208與邊緣刻面320之間的黏合劑316之期望的厚度(舉例而言，1~10μm)。
在工作距離624設定之後，藉由第二波長的光源讓施加至蓋120、光纖104及/或v型槽組件108之基底202的黏合劑至少部分地固化。在對準系統600中，燈620用作為第二波長的光源。蓋120由熔融二氧化矽所製成，因為熔融二氧化矽穿透UV光。燈620發射UV光，UV光穿透蓋120以使施加至光纖104及/或v型槽組件108之基底202的黏合劑至少部分地固化。
在某些實施例中，在對準之前，將環氧樹脂放置於v型槽組件108及/或光纖104上，使得在最佳化之後光纖104可被固定住。在某些實施例中，蓋120用作為保持且保護光纖104及/或用作為夾持器404的把手以夾持v型槽組件108，用於與晶片308的橫向及/或軸向對準。在某些實施例中，施加至v型槽組件108及/或光纖104的黏合劑亦被熱固化。在某些實施例中，施加至v型槽組件及/或光纖104的黏合劑具有第一次、初始固化，繼之以額外的黏合劑及第二次固化。在某些實施例中，第二次固化繼之以熱固化。
在某些實施例中，一旦已知設定的工作距離624，然後可藉由顯微鏡及目鏡(分劃板刻度(reticle scale))將後續的光纖定位在v型槽組件108中。在某些實施例中，取代光分歧器608及隔離器606，可使用光循環器。在某些實施例中，蓋120、v型槽204及/或接合刻面208是由熔融二氧化矽所製成。在某些實施例中，蓋120為用於固化環氧樹脂的熔融二氧化矽，環氧 樹脂將蓋120固定至v型槽組件108之其他部分及/或固定至光纖104。
第7圖描繪在工作距離對準期間v型槽組件108之實施例之簡化前視圖。v型槽組件包括v型槽204、第一接合刻面208-1、第二接合刻面208-2及蓋120。圖示光纖104之尖端116在蓋120與v型槽204之間。蓋120與v型槽204之間的黏合劑704將光纖104接合至v型槽組件108。在某些實施例中，黏合劑704用以將蓋120接合至v型槽組件108之基底202。在某些實施例中，額外的黏合劑用以將蓋120接合至v型槽組件108之基底202(舉例而言，蓋120之側邊)。
接著參照第8圖及第9圖，第8圖及第9圖描繪v型槽組件108之額外的實施例。第8圖描繪v型槽組件108之實施例之簡化前視圖。第8圖與第7圖類似，除了不具有第一接合刻面208-1及第二接合刻面208-2，第8圖中的v型槽組件108僅具有一個接合刻面208。
第9圖描繪v型槽組件900之實施例之簡化視圖。v型槽組件900包括基底902及蓋920。蓋920包括v型槽904。基底902包括接合刻面908。將光纖104放置於基底902與蓋920之間。基底902進一步包括由底面912及壁916所形成的凹部。凹部幫助避免黏合劑到達光纖104之尖端116上。
第10圖描繪用於在v型槽組件(亦即，v型槽組件108或900)中將光纖104對準的流程1000之實施 例之流程圖。用於在v型槽組件108中將光纖104對準的流程1000開始於步驟1004，將v型槽組件之刻面(舉例而言，接合刻面208)放置於鏡子(舉例而言，鏡子612)旁。在某些實施例中，將接合刻面208放置於鏡子612旁意謂接合刻面208接觸鏡子612。在某些實施例中，將接合刻面208放置於鏡子612旁意謂接合刻面208靠近鏡子612但不接觸鏡子612(舉例而言，距離鏡子612小於15μm、10μm或5μm)。在某些實施例中，接合刻面208不接觸鏡子612，用以補償將v型槽組件108接合至晶片308的黏合劑316之預計厚度。
在步驟1008中，將光纖104之第一端114放置於v型槽組件108之v型槽204中。將蓋120放置於v型槽組件108之基底202上，從而覆蓋光纖104之第一端114之至少一部分。光纖104介於v型槽組件108之基底202與v型槽組件108之蓋120之間。然後在光纖104與蓋120之間施加黏合劑704(舉例而言，環氧樹脂)。毛細作用將黏合劑拉入蓋120、光纖104及/或基底202之間的介面。在步驟1012中，將光纖104之第二端115連接至光分歧器608。
在步驟1016中，將來自光源604的第一波長的光傳送通過光分歧器608且至光纖104之第一端114。在某些實施例中，將第一波長的光傳送通過放置於光源604與光分歧器608之間的光隔離器606。在某些實施例中，第一波長的光為紅外光(舉例而言，介於 1250nm與1600nm之間)。將第一波長的光通過光纖104之尖端116傳送出光纖104之第一端114。
在步驟1020中，將通過光纖104之尖端116傳送出光纖104之第一端114的第一波長的光從鏡子612反射，且通過光纖104之尖端116返回光纖104之第一端114中。從鏡子612的第一波長的反射光從光纖104之第一端114行進至光纖104之第二端115，至光分歧器608，且從光分歧器608至檢測器616。隔離器606用以保持光以免反射回光源604。
在步驟1024中，基於從檢測器616的反饋，調整光纖104之尖端116與鏡子612之間的距離(舉例而言，工作距離624)。舉例而言，在某些實施例中，檢測器616為功率計。將光纖104之尖端116軸向地移動(舉例而言，朝向鏡子612或遠離鏡子612)且檢測器616之功率讀數改變。當工作距離624接近尖端116(舉例而言，透鏡狀光纖)之焦距時，功率隨之增加。當工作距離624離開光纖104之尖端116之焦距時，功率隨之減少。
一旦基於從檢測器616的反饋調整工作距離624，藉由燈620將v型槽204中的黏合劑704固化。為了將v型槽中的黏合劑704固化，將第二波長的光(舉例而言，UV光)傳送通過蓋120以將v型槽204中的黏合劑704固化，步驟1028。由於蓋120是由熔融二氧化矽所製成，UV光可穿透蓋120以將v型槽204中的黏合劑 704固化。因此，光纖104可與v型槽組件108正確地對準且正確地接合，及/或比起先前接合技術在固化期間具有較低的光纖104之對準變更的風險(舉例而言，在固化之前可完成對準)。
在某些實施例中，接合刻面208接觸鏡子612，且調整工作距離624的步驟包含將光纖104之尖端116移動朝向鏡子612，以補償將v型槽組件108接合至晶片308的黏合劑316之預計厚度。
第11圖描繪用於將v型槽組件108接合至晶片308之流程1100之實施例之流程圖，v型槽組件108接合至光纖104。在某些實施例中，晶片308包括矽(舉例而言，絕緣層覆矽(SOI)晶圓在SOI晶圓之裝置層中具有波導)。用於將v型槽組件108接合至晶片308之流程1100開始於步驟1104，於該步驟中提供v型槽組件108。舉例而言，提供光轉接器100，光轉接器100包括插座112、光纖104及v型槽組件108。
步驟1108，將黏合劑(舉例而言，黏合劑316，例如環氧樹脂)施加至v型槽組件108之刻面(舉例而言，接合刻面208)。在某些實施例中，除了將黏合劑316施加至v型槽組件108之外，或取代將黏合劑316施加至v型槽組件108，將黏合劑316施加至邊緣刻面320。在某些實施例中，將黏合劑316施加至v型槽組件的步驟包括將黏合劑316施加至晶片308之邊緣刻面 320且將v型槽組件108帶近邊緣刻面320，使得黏合劑316碰觸接合刻面208。
在步驟1112中，將v型槽組件108與晶片308對準。舉例而言，將接合至v型槽組件108的光纖104與晶片308之波導312對準。在某些實施例中，夾持器404用以將v型槽組件108與晶片308對準(舉例而言，藉由夾持v型槽組件108之蓋120)。在某些實施例中，來自光纖104、耦合進入波導312中的光用以將v型槽組件108與晶片308對準。舉例而言，波導312將來自光纖104的光耦合至光檢測器(在晶片308上(例如在SOI晶圓之裝置層中所形成的PIN二極體)或是遠離晶片308任一)。從光檢測器的反饋用以將光纖104與波導312對準。
在步驟1116中，將黏合劑316固化。在某些實施例中，黏合劑316為環氧樹脂且藉由UV光(舉例而言，類似於產生第二波長的光的燈620)所固化。在某些實施例中，將第二波長的光傳送通過v型槽組件108(舉例而言，且通過接合刻面208)。因為v型槽組件108是由熔融二氧化矽所製成，熔融二氧化矽對於UV光為可穿透的，所以第二波長的光傳送通過v型槽組件108。在某些實施例中，在第一次固化之後實行第二次固化(舉例而言，參見關於第3圖的討論)。在某些實施例中，完成將第二波長的光傳送通過v型槽組件108，使得在對準之後與在固化期間夾持器404可將v型槽組件108保持固 定，使得光纖104維持與波導312對準。在某些實施例中，用語「v型槽」用作為針對經配置以將光纖定位在材料中的凹槽的一般性用語，且可包含例如「v型」形狀凹槽、溝渠(舉例而言，數個平坦側)及「u」型凹槽，取決於製造(舉例而言，在某些實施例中，在熔融二氧化矽中比起「v型」，溝渠較容易切割或蝕刻；在某些實施例中，若基底202是由結晶材料所製成且可藉由在結晶平面上蝕刻來完成蝕刻，則切割或蝕刻v型槽)。
在不脫離本發明之實施例之精神與範疇的情況下，可將特定實施例之特定細節以任何適當的方式結合。然而，本發明之其他實施例可針對與各個別態樣有關的特定實施例，或這些個別態樣之特定組合。
為了說明與敘述目的，已呈現本發明之示例性實施例之以上描述。以上描述並非意圖窮盡或將本發明限制至所述的精確形式，且按照以上教示，許多修改及變亦為可能的。所選擇及描述的實施例是用以解釋本發明之原理及本發明之實踐應用，由此使得本領域具有習知技藝者利用在各種實施例中且當適合於預期的特定用途時具有各種修改的本發明。
舉例而言，在某些實施例中，晶片308之波導312包括錐形，以將光更有效率地耦合進入波導312。在某些實施例中，波導312具有矩形的橫截面。在某些實施例中，波導為脊狀波導。在某些實施例中，鏡子612包括多層。在某些實施例中，鏡子612包括金 屬。在某些實施例中，鏡子612為塊體(舉例而言，平坦金屬片)。
在某些實施例中，使用尖端116而非透鏡狀光纖(舉例而言，光纖之平坦、劈開端)。在某些實施例中，將光纖104與裝置對準而非與晶片308之波導312對準。舉例而言，可將光纖104之尖端116對準至晶片308中的光二極體或雷射。在某些實施例中，v型槽組件之蓋120及/或基底202是由其他可穿透UV光的材料所製成(舉例而言，蓋120是由石英或UV等級藍寶石所製成)。
在某些實施例中，晶片308包括光源(舉例而言，是由III-V族材料所製成，作為用於雷射的增益介質)。將光從晶片308耦合至光纖104。
此外，應注意到，可將實施例描述為流程，該流程可被描繪為流程圖(flowchart)、流程圖(flow diagram)、資料流程圖、結構圖或方塊圖。雖然流程圖可將操作描述為依序的流程，可以並行或同時實行該等操作中之許多操作。此外，可重新安排操作之順序。當完成流程之操作時，終止該流程，但可具有圖中未包含的額外的步驟。流程可對應至方法、函數、程序、次常式、子程式等等。
「一」或「該」之描述旨在表示「一或更多個」，除非具體指出為相反。
為了所有目的，將本文提及的所有專利案、專利申請案、公開案及說明以該等之全文引用方式併入本文。並無任何被承認為先前技術。
104‧‧‧光纖
115‧‧‧光纖之第二端
116‧‧‧尖端
202‧‧‧基底
204‧‧‧v型槽
600‧‧‧對準系統
604‧‧‧光源
606‧‧‧光學隔離器
608‧‧‧光分歧器
612‧‧‧鏡子
616‧‧‧檢測器
620‧‧‧燈
624‧‧‧工作距離

Claims (23)

  1. 一種用於將一光纖與一v型槽組件對準的方法，該方法包括以下步驟：將該v型槽組件之一刻面放置於一鏡子旁；將該光纖之一第一端放置於該v型槽組件之一v型槽中，其中該v型槽組件包括一基底及一蓋；將該蓋放置於該光纖上方，使得該光纖介於該基底與該蓋之間；將一黏合劑施加至該v型槽組件及/或該光纖，用於將該光纖接合至該v型槽組件；將該光纖之一第二端連接至一光分歧器，其中該光分歧器與一光源及一檢測器光學耦接；將來自該光源的一第一波長的光傳送通過該光分歧器，至該光纖，且通過該光纖之該第一端之一尖端傳送出該光纖；藉由該鏡子，將從該光纖之該尖端的該第一波長的光通過該尖端反射回該光纖；將從該尖端的該第一波長的光經由該光分歧器傳送至該檢測器；接收從該檢測器的反饋；基於從該檢測器的反饋，調整該光纖之該尖端與該鏡子之間的一距離；及 在調整該光纖之該尖端與該鏡子之間的該距離之後，藉由一第二波長的光通過該蓋，將該黏合劑至少部分地固化。
  2. 如請求項1所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的方法，其中該蓋是由熔融二氧化矽所製成。
  3. 如請求項1所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的方法，其中該基底是由熔融二氧化矽所製成。
  4. 如請求項1所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的方法，其中該第一波長的光為紅外光且該第二波長的光為紫外光。
  5. 如請求項1所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的方法，其中調整該光纖之該尖端與該鏡子之間的該距離的步驟包含以下步驟：於一軸向方向中移動該光纖，以使於該檢測器處所接收到的功率最佳化。
  6. 如請求項1所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的方法，進一步包括以下步驟：在將該黏合劑至少部分地固化之後，將該v型槽組件接合至一晶片。
  7. 如請求項6所述之用於將該光纖與該v型槽 組件對準的方法，其中該晶片包括結晶矽。
  8. 如請求項6所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的方法，其中該晶片包括III-V族材料。
  9. 如請求項1所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的方法，其中該黏合劑為一環氧樹脂，該環氧樹脂經配置以藉由紫外光至少部分地被固化。
  10. 如請求項1所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的方法，其中該方法進一步包括以下步驟：在藉由該鏡子將來自該光纖之該尖端的該第一波長的光反射之前，傳送來自該光源的該第一波長的光且通過一光學隔離器。
  11. 一種用於將一光纖與一v型槽組件對準的系統，該系統包括：該光纖，其中：該光纖具有一第一端及一第二端；及該第一端包括一尖端；該v型槽組件，包括：一基底；一蓋，其中該光纖之該第一端介於該基底與該蓋之間；及一刻面，用於接合至一晶片，其中將該光纖之該第一端放置於該基底與該蓋之間，使得該刻面延伸 超越該光纖之該尖端；一光源；一檢測器；一光分歧器，該光分歧器與該光纖之該第二端、該光源及該檢測器光學耦接；以及一鏡子，該鏡子用以將來自該光源行進離開該光纖之該尖端的光反射回該光纖之該尖端且至該檢測器。
  12. 如請求項11所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的系統，其中：該光源發射紅外光；該系統進一步包括一燈；該燈發射紫外光；及該系統進一步包括一黏合劑，該黏合劑藉由紫外光至少部分地被固化，用以將該光纖接合至該基底及該蓋。
  13. 如請求項11所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的系統，其中：該v型槽組件進一步包括一v型槽；該光纖位於該v型槽中；及該v型槽不延伸至該刻面。
  14. 如請求項11所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的系統，進一步包括一光學循環器，該 光學循環器介於該光源與該光分歧器之間。
  15. 如請求項11所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的系統，其中該檢測器為一功率計。
  16. 如請求項11所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的系統，其中該蓋是由熔融二氧化矽所製成。
  17. 如請求項11所述之用於將該光纖與該v型槽組件對準的系統，其中該基底是由熔融二氧化矽所製成。
  18. 一種用於將一光纖連接至一半導體波導的光學組件，該光學組件包括：一v型槽組件，包括：一基底；一蓋；一v型槽；及一刻面，其中該刻面是用於將該v型槽組件接合至一晶片；位於該v型槽中的該光纖，該光纖設置於該基底與該蓋之間；以及黏合劑，該黏合劑將該光纖接合至該基底及該蓋，其中該黏合劑藉由光至少部分地被固化。
  19. 如請求項18所述之用於將該光纖連接至 該半導體波導的光學組件，其中該基底及該蓋包括熔融二氧化矽。
  20. 如請求項19所述之用於將該光纖連接至該半導體波導的光學組件，其中該蓋由熔融二氧化矽所組成。
  21. 一種用於將一光纖光學耦接至一半導體波導的方法，該方法包括以下步驟：提供一光學組件，該光學組件用於將該光纖連接至該半導體波導，該光學組件包括：一v型槽組件，包括：一基底；一蓋；一v型槽；及一刻面，其中該刻面是用於將該v型槽組件接合至一晶片；該光纖，該光纖設置在該v型槽中介於該基底與該蓋之間；以及環氧樹脂，該環氧樹脂將該光纖接合至該基底及該蓋，其中該環氧樹脂藉由光至少部分地被固化；提供具有該半導體波導的一光學晶片；將該黏合劑施加至該v型槽組件之該刻面；將該v型槽組件與該光學晶片對準，使得： 該光纖與該半導體波導對準；及該黏合劑接觸該光學晶片；以及照射該黏合劑，以將該黏合劑至少部分地固化。
  22. 如請求項21所述之用於將該光纖連接至該半導體波導的方法，進一步包括以下步驟：施加額外的黏合劑；藉由光將該額外的黏合劑至少部分地固化；及藉由熱將該額外的黏合劑固化。
  23. 一種用於從一晶片將光耦合至一光學網路的系統，該系統包括：一v型槽組件，包括：一基底；一蓋；一v型槽；及一刻面；一光纖，該光纖被接合在該v型槽組件中介於該基底與該蓋之間，其中該光纖是藉由紫外光所固化的一黏合劑被接合在該v型槽組件中；該晶片具有一波導；其中將該晶片接合至該v型槽組件之該刻面，使得該光纖之一端與該波導對準。
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